当前，全球变暖和能源危机是共同困扰着人类发展前景的问题，传统能源被风能、太阳能等新能源取代是大势所趋。海洋漂浮式风电是风能开发走向深远海的必由之路，是国家能源转型的重要课题。华南理工大学船舶与海洋工程系主任樊天慧教授长期致力于漂浮式风电领域的研究工作，取得了杰出的成就。
樊天慧教授在中国首台浮式风电基础平台下水现场
樊天慧，中国科协首届中国科技青年论坛二等奖获得者，中国海洋工程咨询协会科学技术二等奖获得者，现任华南理工大学船舶与海洋工程系主任。近年来，樊天慧教授团队深耕于漂浮式风电领域，并在性能分析、优化设计以及模型试验等方面取得了一系列创新性成果并完成应用转化，作为唯一高校参与单位，承担了广东省海洋经济发展重点项目“浮式海上风电平台全耦合动态分析及其装置研发”（三峡集团牵头并投资3亿元），支撑建设了中国首台漂浮式风电装备工程“三峡引领号”，实现了中国在该领域零的突破。上述漂浮式海上风电装备单机容量5.5兆瓦，安装成功后每年可以向粤港澳大湾区输送出1650万度清洁电能，同时减少标准煤消耗5100吨、二氧化碳排放13800吨。
以优异的成绩脱颖而出
1987年，樊天慧出生在辽宁铁岭。他说，自己“小时候”就很喜欢读书。初中时期，樊天慧的学习成绩排名全市前几名，高中时期，排名全市前三十，高考时考入了大连理工大学工程力学系，又因表现优异，一路保送直接攻读博士学位。
不过，若就此以为樊天慧是一个只会读书的“书呆子”便大错特错了。学生时代，樊天慧可以称得上是校园的“风云人物”。业余时间，他涉猎广泛：篮球、游戏、文艺汇演，无论哪一方面拎出去都很能“打”。这样一个活在同龄人聚光灯下的人，最终却选择了科研，自然是因为热爱。
大学，樊天慧攻读的是工程力学专业，师从时任大连理工大学校长、中国工程院院士欧进萍。“我们这个专业，既可以选择海洋方向，又可以选择航天或者土木工程等方向，我最终选择了海洋。海洋中蕴藏着丰富的生物资源、油气资源和可再生能源，未来能源开发的重点一定是海洋。”
博士毕业后，樊天慧被引进到华南理工大学，继续从事海洋工程的研发工作。大连到广州距离遥远，樊天慧说，自己相中的是广东毗邻南海的区位优势。“南海自然资源丰富，无论从战略上还是军事上都非常重要。大学时期我所在的团队进行了深海浮式油气平台方向的研究，主要针对目标就是南海。”
勇做第一个吃螃蟹的人
据介绍，未来海洋工程的发展方向，大致可分为三个方向：深远化、绿色化、智能化。2018年起，樊天慧开始进行深远海浮式风电开发的研究工作。
“我国近海区域30米水深以内的范围风资源开发技术比较完善，基本可以达到商业化的条件，目前正在向40米～60米的范围探索。国际上公认，如果水深超过50米，采用浮式基础进行开发是一种较为经济的方式。可以说，漂浮式风机是开发深远海风资源的必由之路。”
樊天慧说，对于一些最早发展海上风电的国家，海上浮式风电已经从当初的数值分析和试验验证阶段跨入了大规模商业化开发阶段，风机机组不断大型化，风电的成本也在不断下降。而我国现有的海上风电场多由固定式风机组成，浮式风机技术仍处于初级阶段。
樊天慧所在项目团队研究的，正是如何实现我国第一台浮式风机的应用示范，其与我国已建成固定式风机不同：脱离稳固的大陆架，完全漂浮于海上，由锚泊系统连接到海底。
首吃螃蟹的人注定要面临更多困难。欧美地区海上的平均风速很高，但海况平静，非常适合发展海上风电。而我国南海的平均风速高，但台风频发，极端风速出现的频率高，海况相对恶劣，尤其台风通常会伴随着极端海况同时出现，对于我国浮式风电建设提出了极大的挑战。此外，我国的水深也不利于浮式风电的发展，对于成本经济性提出了更高的要求。
此外，樊天慧也在开始探索海洋工程的智能化方向研究，主持国家自然科学基金委面上项目“海上浮式风机的新型主动式实时混合模型试验方法研究”，并作为课题负责人承担了广东省重点领域研发计划“大型海洋构筑物损伤检测与修复智能作业装备研制及应用示范”。他们要研发一种水下机器人，能够对水下构筑物进行检测探伤与修复作业。
“这个机器人会有机械手臂，能够潜入500米的深水活动，在水下攀爬转场。相比人工来说，工作时间长，效率更高。” 樊天慧说，目前项目仍处于研发阶段，但机械臂已初具雏形，“没有白忙活，算做出了阶段成果。”
一往无前，坚持就是胜利
2021年是广州市科协“青年人才托举工程”举办的第三年，作为首批入选者，樊天慧在相关工作会议作为优秀代表进行了发言。他说，青年人才托举工程是一个机会和平台，能让许多优秀的人聚在一起，携伴同行。“有时候太累了，会想着偷偷轻松一下。但当看到这么多人和你一样拼搏前行之时，就会激励自己，坚持下去。”
能力越强，责任越大。目前，樊天慧还兼任广州市青科协理事长，广东省青年联合会委员，中国造船工程学会理事，广东造船工程学会常务理事、副秘书长、船舶新能源与节能减排技术专委会副主任，广东省青年科学家协会常务理事、制造与工程科学专委会副主任，广州市首批“青年人才托举工程”青年科技人才称号获得者（海洋学科唯一），国家科技部、国家自然科学基金委、广东省科技厅等项目评审专家，领域内知名SCI期刊Journal of Hydrodynamics编委，SCI期刊JMSE（Q1）以及Frontiers in Energy Research等客座主编与客座编辑。
近五年，樊天慧获得了广东省自然科学基金杰出青年项目资助，并主持国家自然科学基金面上项目、青年项目，J委装备发展部HY行动创新成果转化应用项目，广东省海洋经济发展海上风电产业项目（总经费1000万元，项目负责人），广东省重点领域研发计划项目课题两项，广东省海洋经济发展重点项目课题、子课题，广东省科技计划项目粤港澳大湾区国际科技创新中心建设专项等二十余项科研项目。作为第一发明人申请、授权国家发明专利10项， 在Ocean Engineering 、Renewable and Sustainable Energy Reviews等领域内权威期刊发表期刊论文59篇，其中SCI期刊论文37篇，一区论文25篇，ESI高被引论文1篇。在漂浮式风电系统装备性能分析方法、设计方法以及试验方法方向上的研究成果已经进行应用转化，三峡集团投资约3亿元，于2021年7月建成我国首台漂浮式风力发电系统装备“三峡引领号”。
展望未来，樊天慧将基于现有成果，把研究重心延拓到海洋多体可控结构以及新材料在海洋工程结构的应用上来，以解决大容量漂浮式风电建设难题以及海上风电产业发展迫切需要的降本增效问题，助力我国漂浮式风电产业高质量发展。（文／陈伟）
樊天慧教授在中国首台浮式风电基础安装现场
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在科研的路途中，固然山高水深，寒暑风雨，但只要初心如磐，奋楫笃行，终能让梦想照进现实。中国科学院半导体所研究员，博士生导师，中国科学院大学材料科学与光电技术学院量子光电子学首席教授牛智川，就是在这样的风雨兼程中，实现了半导体材料的突破。
锑化物材料的突破
半导体是一种材料，是现代科技不可或缺的技术。半导体技术发展一代材料体系、形成一代器件技术。本世纪初，锑化物半导体材料，即GaSb基晶格匹配异质结、量子阱、超晶格体系获得业界高度重视，其破隙型窄带隙能带构型和材料组分适于能带工程设计调控和先进的III－V族半导体工艺，为突破传统红外半导体长期瓶颈提供全新路径。
近年来GaSb单晶、衬底与外延材料技术的突破，极大地促进了中波红外激光器、中长波红外探测器的技术跨越，其应用价值得到确认，2009年起西方实施锑化物半导体出口管控。
“只有将科技掌握在自己的手中，才能真正的安心，放心。”近些年来，中国的科研工作者经历了太多这样的波折，所以，面对封锁，牛智川教授没有抱怨，更没有放弃，他知道，这是中国制造必然要走的一步。
锑化物材料属于多元素化合物体系，相比于其他材料，锑化物量子阱超晶格等低维材料的能带结构最为复杂，器件台面、腔面表面氧化性质悬殊，实现高光电效率激光发光和探测器的能带设计优化、外延材料质量调控、器件高稳定性的工艺结构优化方法、高可靠性大功率输出热场等综合表征与优化等，都是该器件技术的核心科学难题。
作为长期从事半导体低维材料物理与量子光电子器件技术研究的探索者，牛智川教授率先在我国开拓锑化物半导体外延材料与红外光电器件技术方向。他带领团队针对锑化物多元复杂材料能带设计及外延生长技术的挑战难题，聚焦中波红外量子阱激光器波长拓展效率提升、长波红外超晶格探测器暗电流抑制效率优化等关键科学问题和应用发展需求，历经20年攻关，成绩斐然。
他，不仅发明GaSb基二元AlSb／AlAs／AlSb／GaSb超晶格数字合金，克服锑化物四元、五元合金组分精确控制和组分互溶，提升光学质量和发光效率；发明As／Sb、Ga／In双交叉外延技术，提升超晶格质量和载流子寿命；创新外延技术，解决应力平衡、缺陷界面调控、表面颗粒抑制难题；锑化物量子阱材料用于2－4微米中波红外激光器，激光单管／巴条／模组的室温连续功率分别达到2.6瓦／18.4瓦／172瓦的国际最高记录（超越禁运指标），超晶格材料用于中长波红外探测器，实现了单色、双色焦平面探测器，国际首次报道＞14微米甚长波焦平面成像芯片。
这些成果标志着中国的单晶、衬底与外延材料及器件技术成功突破封锁，2023年7月，我国发布锑化物材料管制法规，自此，国内的锑化物半导体技术实现了跨越式的升级。
乘风破浪的探索
从零开始，一路披荆斩棘，屡获突破，到现在，整个锑化物半导体红外光电产业链逐渐完善和发展，牛智川教授依靠的就是开拓创新，砥砺前行。
众所周知，科研是永无止境的，半导体领域的探索更是如此，InAs／GaAs量子点量子光源、InGaAsSb量子阱大功率与单模激光器的问世，就是牛智川教授持续深耕探索的见证。
InAs／GaAs基量子点量子光源。面向量子光源核心器件基础研究前沿和量子信息系统重要需求，围绕半导体量子点生长密度和均匀性控制技术挑战，研究发展亚单层InAs循环、束流梯度分布外延新技术，揭示液滴法生长量子环机理，突破量子点相干发光效率、单光子发光速率和全同性瓶颈，实现三项全优性能单光子源，实现量子点单光子量子态存储（Nat.Comm），发展量子点拓扑角态激光（Light），为构建全固态量子网络提供半导体量子光源器件解决方案。
InGaAs（Sb）量子阱激光器。面向中短波红外激光重大需求，围绕量子阱应变临界束缚、拓展波长、提升功效难度难题，发明锑化物数字合金势垒结构，研制成功1.9－3.6微米高功率和单模激光器，其中2.0微米激光器的室温连续功率国际领先突破卡脖子（禁运）条例，发光效率和单模性能超越国际同行。
花会沿路盛开，牛智川教授的科研之路也会如此。一个有坚定信念的探索者，总是能够从容的面对荆棘，能以智慧扛起身负的责任和使命。作为中国的半导体人，牛智川教授始终对中国的半导体充满了期待，他认为，中国的半导体处于黄金发展时期，但任何产业的发展都不会一蹴而就，半导体的探索是一场接力赛，“只要有更多的人投入到半导体领域，中国的半导体技术，才会不断突破，产业才会实现可持续发展。”他这样说，也在这样做。
作为博士生导师，牛智川教授十分关注学生的成长，毕竟，知识需要传承，科技需要接力，所以，他对学生的学业和科研要求严格，同时，对于学生遇到的问题，也给予指导和引导。目前，他已培养百余位硕士博士学位高级科技人才，这些人才走向了各自的工作岗位，继续助力中国半导体事业的发展。
而牛智川教授本人，则继续以国家需求为目标，通过承担国家重点任务立足锑化物半导体领域，在基础研究成果之上，联合国内产学研用各方面力量，发起成立锑化物半导体技术创新与产业发展联盟，通过联盟方式针对各方需求，为国内各装备行业及高科技企业开发多功能高性能光电芯片，推动长期受限于国外技术封锁的红外高端光电芯片的自主可控全链条技术进步，实现从部分性能的超越领跑和满足各类需求的全链条解决方案。
当前，半导体技术的代际更替已经进入了微电子与光电子技术的并重发展时代，锑化物窄带隙半导体呈现出第四代半导体光电芯片技术发展的重大潜力。
未来，牛智川教授将以锑化物半导体光电材料与芯片为中心，面向智能化信息技术新时代广泛需求，建设完整的技术创新与产业制造链条，并以这样的方式，提升中国半导体的整体竞争和研发能力。
在这个喧嚣的时代里，牛智川教授始终踏踏实实，创新探索。不被繁华迷惑，不被名利捆绑，心里，眼里，始终是中国的半导体，或许，正是这份坚定，这份执着，让他在这个领域硕果累累。这就是牛智川，这就是中国的半导体人。
个人简介
牛智川，中国科学院半导体所二级研究员，博导，中国科学院大学材料科学与光电技术学院量子光电子学首席教授。入选中科院“BR计划”，“国家杰出青年科学基金”、“新世纪百千万人才工程国家级人选（首批）”、“国务院政府特殊津贴”等。先后主持了国家863计划，国家973重大科学研究计划，国家重点基础研发计划等项目，在国际顶尖学术期刊发表了400多篇论文，曾获得北京市自然科学二等奖，中国电子学会自然科学一等奖，湖北省科技进步一等奖等。
近年来积极推动引领新型锑化物半导体材料与器件成果转化，推动了相关制造与装备技术进步。
